Thèse Perovskites Halogénées pour Cellules Solaires Mésoporeuses H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides
Direction de la thèse : Olivier PLANTEVIN ORCID 000000026131181X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

On étudiera l'effet du confinement dans des matrices poreuses sur les propriétés optoélectroniques des perovskites hybrides organiques-inorganiques. Les échantillons seront synthétisés par le doctorant au CEA LICSEN. L'élaboration et la caractérisation portera sur des perovskites à halogène simple (Iode ou Brome) ou bien à halogène mixte (Iode et Brome) avec des concentrations relatives variables. On étudiera séparèment des couches minces réalisées par imprégnation de perovskite (synthèse en phase liquide) dans différents milieux mésoporeux, avec en priorité TiO2, ZrO2 et Carbone graphite afin decomparer le rôle de milieux semiconducteurs, isolants ou conducteurs sur les propriétés opto-électroniques de la couche mince. L'architecture de cellules complètes sera aussi abordée. Les deux faces de la cellule (graphite et TiO2, la couche de ZrO2 jouant un rôle d'isolant entre ces deux faces) seront étudiées de manière complémentaire. Une caractérisation par spectroscopie de photoluminescence à basse température permettra de révéler les niveaux de défauts induits dans le matériau. Le décalage « blue-shift »déjà observé par notre équipe pour des perovskites confinées, permettra de mieux caractériser le confinement dans les différentescouches de la cellule (graphite mésoporeux, TiO2 et ZrO2 mésoporeux). On s'intéressera en particulier à la mobilité photo-induite des ions halogènes (Iode et/ou Brome) en étudiant l'évolution des spectres sous lumière et l'influence de la température sur les mécanismesde diffusion ionique.

L'architecture de la cellule solaire mésoporeuse avec contre-électrode en carbone a d'abord été développée par des équipes chinoises pour améliorer la stabilité, puis a été développée sur une base industrielle par la société Solaronix en Suisse. Notre partenaire au CEA est proche de l'état de l'art en termes d'efficacité pour ces cellules (16%), tandis que le record réel se situe au-dessus de 20% . L'originalité de ce projet sera d'utiliser l'irradiation ionique pour contrôler les états de défaut dans les cellules solaires à pérovskite mésoporeuse. En utilisant l'irradiation ionique, nous avons déja pu comparer la tolérance aux défauts de la pérovskite hybride et du silicium, démontrant un facteur 1E5 en faveur des pérovskites. Cette tolérance exceptionnelle aux défauts est particulièrement attrayante pour les applications spatiales ou les détecteurs de rayonnement et particules.

Les objectifs scientifiques du projet consistent à une meilleure compréhension des mécanismes opto-électroniques qui ont lieu au sein d'une cellule photovoltaïque réalisée par imprégnation de perovskite hybride (iodée ou bromée) dans une structure de couches mésoporeuses qui réalisent directement l'anode et la cathode d'extraction des porteurs de charge, séparée par une couche isolante.

L'élaboration des couches de perovskites et des dispositifs photovoltaïques et leur caractérisation électrique sera réalisée en collaboration avec le CEA Saclay (laboratoire LICSEN). On observera les couches obtenues en microscopie électronique et en microscopie de photoluminescence au Laboratoire de Physique des Solides. On caractérisera les spectres d'absorption et d'émission optique, et on étudiera leur évolution en température dans la gamme 10K-300K pour mieux caractériser les processus excitoniques et les modifications induites par le confinement dans les matrices poreuses. L'irradiation ionique sera réalisée sur la plateforme MOSAIC à IJCLab (Orsay). Des mesures de photoémission in-operando seront proposées au synchrotron SOLEIL (proposal temps de faisceau, beamline GALAXIES).

Expérimentateur au profil général de physicien, science des matériaux, physico-chimie du solide